KR20090084262A - 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로 - Google Patents

양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로 Download PDF

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Abstract

면광원의 양단과 전원 사이에 각각 연결되는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자; 및 상기 면광원의 양단과 접지 사이에 각각 연결되는 제3 스위칭 소자 및 제4 스위칭 소자를 포함하되, 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자는 상기 면광원의 양단에 인가되는 전압의 부호가 전환되는 양극성 펄스 에지에서 상기 면광원의 방전이 개시되도록 온/오프 스위칭 동작을 수행하는 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로를 사용하면, 종래 기술에 따른 세폭펄스 방식에 의해 면광원을 구동하는 경우에 비해 작은 크기의 구동 전압을 사용하여 면광원을 구동할 수 있다. 나아가, 각 스위칭 소자에 인가되는 전압 또는 전류 스트레스, 각 스위칭 소자의 도통 손실 및 스위칭 손실이 감소되고, 면광원의 방전 효율이 향상된다.
면광원, 구동, 양극성 펄스 에지

Description

양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로{PLANAR LIGHT-SOURCE DRIVING CIRCUIT USING BI-POLAR PULSE EDGE FIRING METHOD}
본 발명은 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로에 관한 것으로, 상세하게는 면광원의 양단에 인가되는 전압의 상대 전압차를 이용하여 면광원에 인가되는 전압의 부호가 전환되는 양극성 펄스 에지에서 면광원의 방전이 개시되도록 하여, 방전개시 전압 이하의 전압으로 면광원을 구동 가능한 면광원 구동회로에 관한 것이다.
평판형 액정 표시장치 등에 주로 이용되는 냉음극 형광 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp; CCFL) 등과 같은 수은이 함유된 광원체의 경우, 고휘도 및 고광효율등 광원으로서 우수한 특성을 가지며 여러 분야에서 사용되고 있다. 하지만 중금속의 유해성과 환경 파괴로 인해 전 세계적으로 봉입가스의 수은 함유량을 규제하고 있으며, 이에 따라 대체 광원의 개발이 활발히 진행되고 있다. 여러 차세대 광소자들중 Xe 가스를 이용한 무수은 면광원(mercury free fluorescent lamp)을 포함하는 면광원이 백라이트 및 조명 분야에서 새로운 대체 수단으로 떠오르고 있다.
무수은 면광원은, Xe 가스를 양 유리에 봉입한 후 수십 밀리미터 거리에 위 치한 두 전극에 전압을 인가하여 봉입 가스를 방진시키고, 방전에 의해 생성된 진공 자외선이 유리 표면의 형광체를 여기시켜 빛을 발하게 된다. 이때 적절하지 않은 구동 파형이 인가될 경우 수축방전(contraction)이 일어나 의도한 방전을 일으킬 수 없다. 수축방전을 피하기 위해, 면광원의 경우 방전 개시 전압의 크기가 일정 구동 조건을 만족하여야 하고, 짧은 전압 인가 기간 및 상승 시간을 가져야 하며 및 수십 kHz의 구동 주파수를 가진 교류형태의 전압이 필요하다.
특히 1 내지 2kV의 높은 방전개시전압은 고전압의 전원장치를 요구하고, 전체 구동회로에 이용되는 전력소자의 전압 정격에 영향을 준다. 또한 용량성 부하에 펄스형태의 고전압을 인가할 경우 변위 전류의 크기로 인해 회로의 소손을 가져올 수도 있다. 특히 현재의 상용 MOSFET, IGBT등의 스위치 반도체 소자의 전압정격이 낮은 전류와 고주파수 구동에 있어서 600V정도로 형성되어 있기 때문에 이를 충족시키는 소자를 선택하기가 쉽지 않고 비용 상승의 단점을 가지고 있다.
CCFL용 인버터 회로와 같이 변압기를 채택함으로써 방전 개시전압에 대한 여러 문제점을 해결할 수 있다. 하지만 변압기의 결합비에 의한 누설 인덕턴스 및 자화 인덕턴스, 그리고 기생성분 등은 세폭펄스 형태의 구동 입력전압 파형의 왜곡을 야기시키게 되어, 방전 마진에 영향을 주게 된다. 따라서 변압기의 적용과 구동파형의 왜곡 및 효율 등을 고려한 최적 구동이 이루어져야 하며, 근본적으로 낮은 전압을 이용한 면광원 구동에 대한 연구가 필요하다.
상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 종래 기술에 따른 세폭펄스 형태의 상승에지 방전 구동방식과 달리 면광원에 인가되는 전압의 부호가 전환되는 양극성 펄스 에지에서 면광원 양단의 상대 전압이 방전 개시전압만큼 인가되도록 구동함으로써 면광원의 방전을 유도할 수 있는 면광원 구동회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로는, 면광원의 양단과 전원 사이에 각각 연결되는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자; 및 상기 면광원의 양단과 접지 사이에 각각 연결되는 제3 스위칭 소자 및 제4 스위칭 소자를 포함하되, 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자는 상기 면광원의 양단에 인가되는 전압의 부호가 전환되는 양극성 펄스 에지에서 상기 면광원의 방전이 개시되도록 온/오프 스위칭 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로를 사용하면, 종래 기술에 따른 세폭펄스 방식에 의해 면광원을 구동하는 경우에 비해 작은 크기의 구동 전압을 사용하여 면광원을 구동할 수 있다. 나아가, 각 스위칭 소자에 인가되는 전압 또는 전류 스트레스, 각 스위칭 소자의 도통 손실 및 스위칭 손실이 감소되며, 면광원의 방전 효율이 향상된다.
본 발명은 종래 기술과 달리 면광원에 인가되는 전압의 부호가 전환되는 양극성 펄스 에지에서 방전이 개시되도록 면광원을 구동하는 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로에 관한 것이다.
본 명세서에서 양극성 펄스 에지란, 면광원의 양단에 인가되어 있는 전압의 크기가 감소하다가 전압의 부호가 전환되는 구간을 의미한다. 즉, 면광원에 일정한 크기의 양의 전압이 인가되었다가 전압의 크기가 감소하면서 음의 전압이 인가되는 경우, 또는 인가되는 전압의 부호가 이와 반대인 경우가 면광원에 인가되는 전압의 양극성 펄스 에지에 해당한다.
도 1 및 도 2는 각각 종래 기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 구동회로에서 구동 전압 및 구동 전류의 파형을 도시한 그래프이다. 도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 면광원 구동회로에서는 구동 전압(100)이 방전 개시 전압인 Vfiring과 동일한 크기를 가져야 한다. 이 경우, 면광원 전압의 상승 에지 이후 빗금으로 표시된 구간(102)에서 면광원의 방전이 개시된다.
반면, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로에서는 Vfiring의 1/2의 크기를 가지는 구동 전압(110)에 의해 면광원이 구동된다. 이 경우, 면광원 전압(110)의 양극성 펄스 에지 이후에 빗금으로 표시된 구간(112)에서 면광원의 방전이 개시되는 점이 종래 기술과 상이하다. 따라서, 본 발명에 따른 면광원 구동회로를 사용할 경우 각 스위칭 소자의 내압이 감소되고, 도통 손실과 스위칭 손실을 줄일 수 있는 이점이 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
실시예 1
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로의 구성을 도시한 회로도이다. 도 3을 참조하면, 상기 면광원 구동회로는 변압기(Tx), 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1내지 S6), 제1 및 제2 인덕터(L1, L2) 및 제1 내지 제4 커패시터(C1 내지 C4)를 포함하여 구성된다.
변압기(Tx)는 2차측이 면광원(10)의 양단에 결합되고 1차측이 각 스위칭 소자를 통하여 전원(Vs)측에 결합되어 면광원(10)에 구동전압을 공급한다. 즉, 변압기(Tx)의 1차측에 인가되는 전압이 변압기(Tx)의 1차측과 2차측의 권선비에 따라 증폭되어 면광원(10)에 인가된다.
제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)는 변압기(Tx)의 양단과 전원(Vs) 사이에 연결되어 온/오프 스위칭 동작을 수행한다. 전원(Vs)은 면광원(10)의 구동을 위하여 미리 설정된 크기의 전압을 회로에 인가한다. 이때 전원(Vs)의 공급 전압의 크기는 면광원(10)의 방전개시전압보다 작더라도 무방하며, 바람직하게는 면광원(10)의 방전개시전압의 1/2의 크기를 가지는 전압원을 전원(Vs)으로 사용할 수 있다. 이 경우 면광원(10)의 양단에 인가되는 상대 전압차가 2Vs에 도달하면 면광원(10)이 방전을 개시하게 된다.
또한, 제3 및 제4 스위칭 소자(S3, S4)는 변압기(Tx)의 양단과 접지 사이게 각각 연결되어 온/오프 스위칭 동작을 수행한다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 제1 내지 제4 스위칭 소자(S1 내지 S4)는 풀 브리지(full-bridge) 회로를 형성한다. 제1 내지 제4 스위칭 소자(S1 내지 S4)의 온/오프 스위칭 동작에 의하여 면광원(10) 양단의 상대 전압차가 형성된다.
제5 및 제6 스위칭 소자(S5, S6), 제1 및 제2 인덕터(L1, L2) 및 제1 내지 제4 커패시터(C1, C4)는 각 스위칭 소자를 영전압 스위칭(soft-switching)시키고 면광원(10)이 방전하지 않는 경우 전하를 회수하는 에너지 회수 회로(energy recovery circuit)에 해당한다.
먼저, 제5 및 제6 스위칭 소자(S5, S6)는 한쪽 끝이 변압기(Tx)의 양단에 각각 연결된다. 본 발명의 일 실시예에서, 제5 스위칭 소자(S5) 또는 제6 스위칭 소자(S6)는 양방향으로 전류를 통과시키기 위하여 역병렬 다이오드가 서로 상이한 방향으로 연결된 두 개의 스위칭 소자를 포함하여 구성될 수도 있다.
제1 및 제2 인덕터(L1, L2)는 제5 및 제6 스위칭 소자(S5, S6)의 다른쪽 끝에 각각 연결된다. 제1 및 제2 인덕터(L1, L2)는 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)에 충전된 전압에 의하여 면광원(10)과 공진하면서 각 스위칭 소자가 영전압 스위칭 되도록 한다.
제1 및 제2 커패시터(C1, C2)는 제1 및 제2 인덕터(L1, L2)와 접지 사이에 각각 연결되어, 전술한 바와 같이 면광원(10)과 공진한다. 또한 제3 및 제4 커패시터(C3, C4)는 제1 및 제2 인덕터(L1, L2)와 전원(Vs) 사이에 각각 연결되어, 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)에 충전되는 전압의 크기를 조절한다.
본 명세서의 도면들에서, 각 스위칭 소자는 스위칭 소자 내에 포함된 기생 커패시턴스와 역병렬 다이오드를 포함하는 MOSFET으로 도시되었다. 그러나 이는 예시적인 것으로서, 다른 실시예에 따라 IGBT 또는 기타 상이한 스위칭 소자를 사용하는 것도 가능하며 이는 본 발명의 사상의 범위에 포함된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로의 동작에 대하여 후술할 도 4 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로의 동작을 나타내는 타이밍도이다. 도 4를 참조하면, 상기 면광원 구동회로는 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1 내지 S6)의 온/오프에 따라 12 개의 동작 구간이 주기적으로 순환하면서 구동된다.
도 5 내지 도 10은 1구간 내지 6구간의 각 구간에서 상기 면광원 구동회로에 흐르는 전류의 방향을 도시한 회로도이다. 1구간이 시작되기 이전에, 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)는 Vs/2 의 전압으로 충전되어 있고 각 인덕터(L1, L2)에 흐르는 전류는 0인 상태이다. 또한 제3 및 제4 스위칭 소자(S3, S4)가 도통되어 있어, 면광원(10)에 흐르는 전류는 0인 상태이다.
1구간 : 도 5를 참조하여, 제4 및 제5 스위칭 소자(S4, S5)가 온이고 나머지 스위치가 오프인 1구간에 대하여 설명한다. 1구간은 공진에 의하여 면광원(10) 전압을 증가시키는 구간으로서, 본 발명의 일 실시예에서 1구간의 길이는 면광원(10)을 공진시켜 면광원(10) 전압이 전원(Vs) 전압에 도달하기 위한 소정의 시간 길이 이상이 되도록 구성될 수 있다.
먼저, 제4 스위칭 소자(S4)가 도통되면, 제1 커패시터(C1)-제5 스위칭 소자(S5)-변압기(Tx)-제4 스위칭 소자(S4)-접지(Ground)로 이어지는 경로가 형성된다. 면광원은 방전하지 않는 경우 등가적으로 커패시터와 동일하므로, 제1 커패시터(C1)의 전압을 이용한 면광원(10)과 제1 인덕터(L1)의 직렬 공진에 의해 면광원(10) 전압이 Vs까지 상승하게 된다. 면광원(10) 전압 vc와 공진 전류 ic는 하기 수학식 1 및 수학식 2로 표현된다.
Figure 112008008350503-PAT00001
Figure 112008008350503-PAT00002
상기 수학식 1 및 수학식 2에서 R은 각 스위칭 소자의 온 저항을 포함한 회로 전체의 저항값, L은 제1 인덕터(L1)의 인덕턴스, C는 면광원(10)의 등가 커패시턴스를 의미한다. 또한, ω0, α, ω는 하기 수학식 3 내지 수학식 5에 의하여 산출 된다.
Figure 112008008350503-PAT00003
Figure 112008008350503-PAT00004
Figure 112008008350503-PAT00005
2구간 : 도 6을 참조하여, 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)가 온이고 나머지 스위칭 소자가 오프인 2구간에 대하여 설명한다. 2구간은 방전을 위하여 면광원(10)을 전압을 전원(Vs) 전압으로 유지하는 구간으로, 2구간의 길이는 임의 조정이 가능하며 도통 손실 감소를 고려하여 최소화 하는 것이 바람직하다.
면광원(10)에 인가되는 전압이 공진에 의해 Vs에 도달하게 되면, 제1 스위칭 소자(S1)의 양단 전압차가 0이 되어 제1 스위칭 소자(S1)가 영전압 스위칭과 함께 도통된다. 제1 스위칭 소자(S1)가 도통되면 면광원(10) 전압은 Vs로 유지된다. 제1 인덕터(L1)에 흐르던 전류는 제1 스위칭 소자(S1)의 바디다이오드로 흐르게 된다. 제5 스위칭 소자(S5)에 흐르는 전류가 0이 되었을 때 제5 스위칭 소자(S5)는 영전류 상태에서 오프된다. 2구간에서 면광원(10) 전압 및 공진 전류는 하기 수학식 6 및 수학식 7에 의해 표현된다.
Figure 112008008350503-PAT00006
Figure 112008008350503-PAT00007
상기 수학식 6 및 수학식 7에서, VC(t1)은 시간(t1)에서의 면광원(10) 전압을 나타낸다.
3구간 : 도 7을 참조하여, 제 5 및 제6 스위칭 소자(S5, S6)가 온이고 나머지 스위칭 소자가 오프인 3구간에 대하여 설명한다. 3구간은 면광원(10)의 방전에 가장 큰 영향을 미치는 구간으로, 수축방전이 발생하지 않도록 구간의 길이가 조절되어야 한다.
시간(t2)에서 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)가 오프됨과 동시에 제5 및 제6 스위칭 소자(S5, S6)가 온되면서 3구간이 시작된다. 3구간에서 제1 커패시터(C1)-제1인덕터(L1)-제5 스위칭 소자(S5)-변압기(Tx)-제6 스위칭 소자(S6)-제2 인덕터(L2)-제2 커패시터(C2)의 공진 경로가 형성된다. 1구간과 달리, 공진 인덕턴스는 제1 및 제2 인덕터(L1, L2)의 인덕턴스의 합인 2L이 되고, 초기 전압 Vs가 공 진 전압원이 되어 면광원(10) 전압은 하기 수학식 8에 의해 표현되는 것과 같이 -Vs까지 도달하게 된다. 이때, 면광원(10) 양단의 전압 변화량이 2Vs가 되어 방전개시전압에 도달할 수 있다. 또한, 공진 전류는 하기 수학식 9에 의해 표현된다.
Figure 112008008350503-PAT00008
Figure 112008008350503-PAT00009
상기 수학식 8 및 수학식 9에서, ω0', α', ω'은 하기 수학식 10 내지 12에 의하여 산출된다.
Figure 112008008350503-PAT00010
Figure 112008008350503-PAT00011
Figure 112008008350503-PAT00012
4구간 : 도 8을 참조하여, 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)가 온이고 나머지 스위칭 소자가 오프인 4구간에 대하여 설명한다. 4구간의 길이 또한 수축방전이 발생하지 않도록 조절되어야 하며, 면광원(10)의 밝기 조절을 위한 듀티 제어가 가능하다.
4구간 시작시 면광원(10) 전압은 -Vs 까지 하강한 상태이다. 이때 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)가 도통되어 방전에 필요한 에너지를 공급한다. 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)의 양단 전압은 0이므로 두 스위칭 소자는 영전압 스위칭하게 된다. 상기 4구간에서 면광원(10) 전압 및 공진 전류는 하기 수학식 13 및 하기 수학식 14에 의해 표현된다.
Figure 112008008350503-PAT00013
Figure 112008008350503-PAT00014
5구간 : 도 9를 참조하여, 제3 및 제6 스위칭 소자(S3, S6)가 온이고 나머지 스위칭 소자가 오프인 5구간에 대하여 설명한다. 5구간은 1구간과 동일한 특성을 지니며, 구동 파형의 인가가 종료되는 구간이다.
4구간에서 면광원(10)의 방전이 시작되고, 방전 유지를 위하여 미리 설정된 시간이 지난 후 제2 스위칭 소자(S2)를 차단하고 제6 스위칭 소자(S6)를 도통시켜 5구간으로 넘어간다. 5구간에서 면광원(10)과 제2 커패시터(C2)의 전압차이가 공진원으로 이용되며, 면광원(10)에 남아있는 용량성 에너지는 공진에 의해 제2 커패시터(C2)로 회수된다. 면광원(10) 전압은 0까지 하강하게 된다. 5구간에서 면광원(10) 전압 및 공진 전류는 하기 수학식 15 및 하기 수학식 16에 의해 표현된다.
Figure 112008008350503-PAT00015
Figure 112008008350503-PAT00016
6구간 : 도 10을 참조하여, 제3 및 제4 스위칭 소자(S3, S4)가 온이고 나머지 스위칭 소자가 오프인 6구간에 대하여 설명한다. 6구간은 방전이 종료된 휴지기로서, 6구간의 길이 조절에 의하여 전체 방전 주파수를 조절할 수 있다. 5구간 만료시 제4 스위칭 소자(S4) 양단 전압이 0 이므로 제4 스위칭 소자(S4)는 영전압 스위칭에 의해 도통된다. 6구간에서 면광원(10) 전압과 공진 전류는 다음 주기의 구동을 위하여 0으로 유지된다.
도 4에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 면광원 구동회로 는 전술한 1구간 내지 6구간의 동작을 통하여 면광원을 구동한다. 도 4를 참조하면, 1구간 내지 6구간에서 면광원에 인가되는 전압(Vc)은 양 전압과 음 전압이 번갈아 나타나는 파형을 갖게된다. 이때, 양 전압과 음 전압이 전환되는 양극성 펄스 에지에서 면광원의 방전이 개시된다.
6구간 이후에는 7구간 내지 12구간이 순차적으로 동작된다. 7구간 내지 12구간에서 각 스위칭 소자는 1구간 내지 6구간에서와 좌우 대칭적으로 동작한다. 도 4를 참조하면, 7구간 내지 12구간에서 면광원에 인가되는 전압(Vc)은 음 전압과 양 전압이 번갈아 나타나는 파형을 갖게 된다. 이때, 음 전압과 양 전압이 전환되는 양극성 펄스 에지에서 면광원의 방전이 개시된다.
그러므로, 상기 면광원 구동회로의 7구간에서의 동작은 5구간과 동일하며, 8구간에서의 동작은 4구간과 동일하다. 또한 9 구간에서의 동작은 3구간과 동일하고, 10구간에서의 동작은 2구간과 동일하다. 11구간에서의 동작은 1구간과 동일하며, 12구간의 동작은 6구간과 동일하다. 따라서 7구간 내지 12구간의 회로 동작은 1구간 내지 6구간 중 대응되는 구간의 회로 동작으로부터 본 발명의 기술 분야의 당업자에게 용이하게 이해될 수 있어 자세한 설명을 생략한다. 12구간까지 완료된 이후에는 다시 1구간부터 반복된다.
도 3을 참조하면, 이상에서 살펴본 본 발명의 제1 실시예에서 면광원(10)은 변압기(Tx)를 통하여 전원측과 연결되었다. 그러나 본 발명의 다른 실시예에서는, 변압기(Tx)를 사용하지 않고 면광원(10)을 직접 제1 내지 제4 스위칭 소자(S1 내지 S4)와 연결하는 것도 가능하다. 이 경우, 제1 및 제3 스위칭 소자(S1, S3)의 접점과 제2 및 제4 스위칭 소자(S2, S4)의 접점에 면광원의 양단이 각각 연결될 수 있다.
또한 이상에서 살펴본 본 발명의 제1 실시예에서는, 변압기(Tx)와 제1 내지 제4 스위칭 소자(S1 내지 S4)로 구성된 풀 브리지 회로에, 제5 및 제6 스위칭 소자(S5, S6), 제1 및 제2 인덕터(L1, L2) 및 제1 내지 제4 커패시터(C1 내지 C4)로 구성된 에너지 회수 회로가 연결되어 사용되었다.
그러나, 이는 예시적인 것으로서 본 발명의 다른 실시예에서는 상이한 형태의 에너지 회수회로가 사용될 수도 있다. 이 경우, 제1 실시예에 따른 면광원 구동회로는 도 11에 도시된 바와 같이 변압기(Tx)의 양단과 전원(Vs) 및 접지 사이에 연결된 에너지 회수 회로(20)를 포함하는 면광원 구동회로로 일반화될 수 있으며, 이는 본 발명의 사상의 범위에 포함된다.
실시예 2
도 4를 참조하면, 이상에서 살펴본 본 발명의 제1 실시예에서는 1구간 내지 6구간과 7구간 내지 12구간에서 서로 상이한 방향의 구동 펄스에 의하여 면광원을 양방향 구동하였다. 그러나, 본 발명의 제2 실시예에서는 1구간 내지 6구간 또는 7구간 내지 12구간 중 어느 하나만을 반복하여 동작함으로써 면광원을 단방향 구동하는 것도 가능하다. 제2 실시예에 따른 면광원 구동회로의 구성은 도 3에 도시된 본 발명의 제1 실시예에서와 동일하다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따라 면광원을 단방향 구동하는 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로의 동작을 도시한 타이밍도이다. 도 12에 도시되는 바와 같이, 제2 실시예에 따른 면광원 구동회로는 1구간 내지 6구간을 반복하여 동작하며, 동일한 방향의 구동 펄스에 의하여 면광원을 단방향 구동하게 된다. 1구간 내지 6구간의 각 구간에서의 면광원 구동회로의 동작은 전술한 제1 실시예에서와 동일하므로 제1 실시예에 대한 설명을 참조하여 본 발명의 기술분야의 당업자에게 용이하게 이해될 수 있어 자세한 설명을 생략한다.
실시예 3
전술한 제1 및 제2 실시예에서, 면광원 구동회로는 영전압 스위칭 및 전력 회수 구동을 위한 전력 회수 회로(energy recovery circuit)에 해당하는 복수 개의 스위칭 소자, 인덕터 및 커패시터를 포함하여 구성되었다. 그러나 더욱 단순화된 회로로서, 풀 브리지(full-bridge) 회로에 본 발명에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동법을 적용하여 면광원을 구동하는 것도 가능하다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로를 도시한다. 도 13을 참조하면, 상기 면광원 구동회로는 전원(Vs), 변압기(Tx) 및 제1 내지 제4 스위칭 소자(S1 내지 S4)를 포함하여 구성된다. 각 소자의 연결 및 기능은 전술한 제1 실시예에 따른 면광원 구동회로와 동일하므로, 제1 실시예를 참조하여 본 발명의 기술 분야의 당업자에게 용이하게 이해될 수 있어 자세한 설명은 생략한다.
또한, 전술한 제1 실시예에 따른 면광원 구동회로와 마찬가지로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 면광원 구동회로 역시 변압기(Tx)를 사용하지 않고 면광원(10)을 직접 제1 내지 제4 스위칭 소자(S1 내지 S4)와 연결하는 것도 가능하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제3 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로의 동작에 대하여 후술할 도 14를 참조하여 설명한다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로의 동작을 나타내는 타이밍도이다. 도 14를 참조하면, 상기 면광원 구동회로는 제1 내지 제4 스위칭 소자(S1 내지 S4)의 온/오프에 따라 6 개의 동작 구간이 주기적으로 순환하면서 구동된다.
상기 6개의 구간은 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)가 온이고 나머지 스위칭 소자가 오프인 1구간, 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)가 온이고 나머지 스위칭 소자가 오프인 2구간, 제3 및 제4 스위칭 소자(S3, S4)가 온이고 나머지 스위칭 소자가 오프인 3구간, 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)가 온이고 나머지 스위칭 소자가 오프인 4구간, 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)가 온이고 나머지 스위칭 소자가 오프인 5구간 및 제3 및 제4 스위칭 소자(S3, S4)가 온이고 나머지 스위칭 소자가 오프인 6구간을 포함하여 구성된다.
상기 1, 2, 3, 4, 5 및 6구간 각각은 에너지 회수회로를 사용하지 않는 점만 제외하면 도 4에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 면광원 구동회로의 2, 4, 6, 8, 10 및 12구간과 동일하다. 다만, 제3 실시예에 따른 면광원 구동회로는 에너지 회수회로에 의한 소프트 스위칭을 수행하는 것이 불가능하므로 하드 스위칭에 의하여 스위칭 소자를 온/오프 시킨다. 따라서, 제3 실시예에 따른 면광원 구동회로의 각 구간에서의 동작은 전술한 제1 실시예에 대한 설명을 참조하여 본 발명의 기술 분야의 당업자에게 용이하게 이해될 수 있어 자세한 설명을 생략한다.
실시예 4
도 14를 참조하면, 이상에서 살펴본 본 발명의 제3 실시예에 따른 면광원 구동회로는 1구간 내지 3구간과 4구간 내지 6구간에서 서로 상이한 방향의 구동 펄스에 의하여 면광원을 양방향 구동하였다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서는 1구간 내지 3구간 또는 4구간 내지 6구간 중 어느 하나만을 반복하여 동작함으로써 면광원을 단방향 구동하는 것도 가능하다. 이 경우 면광원 구동회로의 소자 구성은 도 13에 도시된 본 발명의 제3 실시예에서와 동일하다.
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따라 면광원을 단방향 구동하는 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로의 동작을 도시한 타이밍도이다. 도 15에 도시되는 바와 같이, 제4 실시예에 따른 면광원 구동회로는 1구간 내지 3구간을 반복하여 동작하며, 동일한 방향의 구동 펄스에 의하여 면광원을 단방향 구동하게 된다. 1구간 내지 3구간의 각 구간에서의 면광원 구동회로의 동작은 전술한 제3 실시예에서와 동일하므로 자세한 설명을 생략한다.
이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상 은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 면광원 구동회로의 구동 전압 및 구동 전류의 파형을 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로의 구동 전압 및 구동 전류의 파형을 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로의 동작을 도시한 타이밍도이다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로의 동작에 따른 각 구간의 전류 흐름을 도시한 회로도이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로의 일반화된 구성을 도시한 회로도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로의 동작을 도시한 타이밍도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로를 도시한 회로도이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로의 동작을 도시한 타이밍도이다.
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로의 동작을 도시한 타이밍도이다.

Claims (8)

  1. 면광원의 양단과 전원 사이에 각각 연결되는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자; 및
    상기 면광원의 양단과 접지 사이에 각각 연결되는 제3 스위칭 소자 및 제4 스위칭 소자를 포함하되,
    상기 제1 내지 제4 스위칭 소자는, 상기 면광원의 양단에 인가되는 전압의 부호가 전환되는 양극성 펄스 에지(bi-polar pulse edge)에서 상기 면광원의 방전이 개시되도록 온/오프 스위칭 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    1차 권선 및 2차 권선을 포함하고, 2차 권선이 상기 면광원의 양단에 연결되고 1차 권선이 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자에 연결되어 상기 면광원에 구동 전압을 공급하는 변압기를 더 포함하며,
    상기 면광원은 상기 변압기를 통하여 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자에 연결되는 것을 특징으로 하는 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 면광원 구동회로는 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자의 온/오프에 따라 3 개의 구간이 순차적으로 동작하며,
    상기 3 개의 구간은,
    상기 제1 및 제4 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 1구간;
    상기 제2 및 제3 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 2구간; 및
    상기 제3 및 제4 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 3구간인 것을 특징으로 하는 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 면광원 구동회로는 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자의 온/오프에 따라 6 개의 구간이 순차적으로 동작하며,
    상기 6 개의 구간은,
    상기 제1 및 제4 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 1구간;
    상기 제2 및 제3 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 2구간;
    상기 제3 및 제4 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 3구간;
    상기 제2 및 제3 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 4 구간;
    상기 제1 및 제4 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 5구간; 및
    상기 제3 및 제4 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 6구간인 것을 특징으로 하는 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 면광원의 양단에 연결된 에너지 회수 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 에너지 회수 회로는,
    한쪽 끝이 상기 면광원의 양단에 각각 연결된 제5 스위칭 소자 및 제6 스위칭 소자;
    한쪽 끝이 상기 제5 스위칭 소자 및 상기 제6 스위칭 소자의 다른쪽 끝에 연결된 제1 인덕터 및 제2 인덕터;
    상기 제1 인덕터 및 제2 인덕터의 다른쪽 끝과 접지 사이에 각각 연결된 제1 커패시터 및 제2 커패시터; 및
    상기 제1 인덕터 및 제2 인덕터의 다른쪽 끝과 상기 전원 사이에 각각 연결된 제3 커패시터 및 제4 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극성 펄스 에 지 방전 구동형 면광원 구동회로.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 면광원 구동회로는 상기 제1 내지 제6 스위칭 소자의 온/오프에 따라 6 개의 구간이 순차적으로 동작하며,
    상기 6 개의 구간은,
    상기 제4 및 제5 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 1구간;
    상기 제1 및 제4 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 2구간;
    상기 제5 및 제6 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 3구간;
    상기 제2 및 제3 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 4구간;
    상기 제3 및 제6 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 5구간; 및
    상기 제3 및 제4 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 6구간인 것을 특징으로 하는 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 면광원 구동회로는 상기 제1 내지 제6 스위칭 소자의 온/오프에 따라 12 개의 구간이 순차적으로 동작하며,
    상기 12 개의 구간은,
    상기 제4 및 제5 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 1구간;
    상기 제1 및 제4 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 2구간;
    상기 제5 및 제6 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 3구간;
    상기 제2 및 제3 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 4구간;
    상기 제3 및 제6 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 5구간; 및
    상기 제3 및 제4 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 6구간;
    상기 제3 및 제6 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 7구간;
    상기 제2 및 제3 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 8구간;
    상기 제5 및 제6 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 9 구간;
    상기 제1 및 제4 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 10구간;
    상기 제4 및 제5 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 11구간; 및
    상기 제3 및 제4 스위칭 소자가 온이며 나머지 상기 스위칭 소자가 오프인 12구간인 것을 특징으로 하는 양극성 펄스 에지 방전 구동형 면광원 구동회로.
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